循環(huán)球轉(zhuǎn)向器卸荷閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)

王慶濤,周順波,葉金軍,劉健(南京東華汽車轉(zhuǎn)向器有限公司，江蘇南京 211106)

循環(huán)球轉(zhuǎn)向器卸荷閥的改進(jìn)設(shè)計(jì)

王慶濤,周順波,葉金軍,劉健
(南京東華汽車轉(zhuǎn)向器有限公司，江蘇南京 211106)

分析現(xiàn)有卸荷閥結(jié)構(gòu)存在的技術(shù)缺陷，提出一種新型轉(zhuǎn)向器卸荷閥結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整卸荷閥安裝位置和設(shè)計(jì)球面密封，有效地解決了卸荷閥維修困難和轉(zhuǎn)向器內(nèi)泄漏大的問題，從而提高轉(zhuǎn)向器卸荷閥維修效率的同時(shí)，也降低了廢品和售后的損失費(fèi)用。

轉(zhuǎn)向器;卸荷閥;球面密封

0 引言

汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器在沒有安裝行程卸荷閥時(shí)，在汽車轉(zhuǎn)向過程中，當(dāng)前輪上的限位凸臺(tái)與轉(zhuǎn)向節(jié)上的限位螺栓相碰時(shí)，前輪被剛性限位，轉(zhuǎn)向阻力無限大，液壓系統(tǒng)壓力升到最高，液壓泵會(huì)大量發(fā)熱，液壓系統(tǒng)工作性能將加速惡化，同時(shí)轉(zhuǎn)向桿系將承受最大負(fù)荷。這些會(huì)降低轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的工作壽命。所以目前常在轉(zhuǎn)向器中設(shè)置行程卸荷閥來解決上述問題。

現(xiàn)有的卸荷閥行程不能調(diào)整，且卸荷閥中的卸荷閥座錐面和卸荷閥芯球面接觸不理想導(dǎo)致轉(zhuǎn)向器內(nèi)泄漏大。循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向器出廠需100%進(jìn)行性能試驗(yàn)，按3‰不合格率，6‰市場(chǎng)故障，以年產(chǎn)3萬臺(tái)轉(zhuǎn)向器為例，則每年有近270臺(tái)轉(zhuǎn)向器由于此結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)向器三包索賠。

針對(duì)現(xiàn)有轉(zhuǎn)向器技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本文作者提出一種新型的循環(huán)球液壓助力轉(zhuǎn)向器卸荷閥，有效地解決卸荷閥維修困難和內(nèi)泄漏風(fēng)險(xiǎn)高的難題，提高了轉(zhuǎn)向器裝配效率，降低了轉(zhuǎn)向器質(zhì)量損失費(fèi)用。

1 現(xiàn)有卸荷閥的結(jié)構(gòu)及存在的問題

1.1 結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有的卸荷閥由2個(gè)卸荷閥座，2個(gè)并緊螺母，2個(gè)卸荷閥芯和1個(gè)彈簧共7個(gè)零件組成，如圖1所示。

1.2 裝配過程

首先將卸荷閥座3壓入并緊螺母4中，其次將一組合成好的卸荷閥座3和并緊螺母4旋入轉(zhuǎn)向螺母螺紋7中，控制好深度(目前設(shè)計(jì)值為10 mm)，再從轉(zhuǎn)向螺母7的另外一端依次裝入卸荷閥芯5、彈簧6和卸荷閥芯5，最后再將一組合成好的卸荷閥座5和并緊螺母4旋入，整個(gè)卸荷閥裝配完成。

1.3 存在的技術(shù)缺陷

現(xiàn)有轉(zhuǎn)向器主要存在以下技術(shù)缺陷：

(1)卸荷閥維修困難。使用當(dāng)中，如果出現(xiàn)行程誤調(diào)造成卸荷閥壓入過深的情形，必須將轉(zhuǎn)向器從整車上拆下，再將轉(zhuǎn)向器拆散，取出卸荷閥維修。整個(gè)過程很繁瑣，且一般這樣的轉(zhuǎn)向器必須返回制造廠維修，因?yàn)樯婕霸S多裝配和試驗(yàn)檢測(cè)。

(2)內(nèi)泄漏風(fēng)險(xiǎn)高。從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的卸荷閥密封部位可發(fā)現(xiàn)，卸荷閥座3呈90°錐面，卸荷閥芯5呈SR3.5球面，二者接觸屬于線與面接觸，密封效果不好，如圖2所示。

2 卸荷閥結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2.1 改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后卸荷閥的結(jié)構(gòu)由2個(gè)頂針，1個(gè)卸荷閥座B，2個(gè)φ6.35 mm鋼球，2個(gè)彈簧，1個(gè)卸荷閥體，1個(gè)螺母堵塞，1個(gè)導(dǎo)桿，1個(gè)限位桿和1個(gè)卸荷閥座A共12個(gè)零件組成，如圖3所示。

2.2 裝配過程

首先將卸荷閥體5壓入螺母堵塞6中，將導(dǎo)桿7壓入限位桿8中，其次將頂針1、彈簧4、φ6.35 mm鋼球3和卸荷閥座B 2裝入卸荷閥體5中，再次將合成好的螺母堵塞6裝入轉(zhuǎn)向螺母12中，同時(shí)將φ6.35 mm鋼球3、彈簧4、頂針1和卸荷閥座A 9裝入轉(zhuǎn)向螺母12中，最后將合成好的導(dǎo)桿7、限位桿8以及六角頭螺栓10裝入轉(zhuǎn)向器殼體11，整個(gè)卸荷閥裝配完成。

2.3 改進(jìn)后卸荷閥的優(yōu)點(diǎn)

改進(jìn)后卸荷閥存在以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)卸荷閥維修方便。使用當(dāng)中，如果出行程誤調(diào)造成卸荷閥壓入過深的情形，改進(jìn)結(jié)構(gòu)的卸荷閥很方便維修。首先，將轉(zhuǎn)向器從整車上拆下，再拆下導(dǎo)桿7、限位桿8和六角頭螺栓10。

轉(zhuǎn)向螺母12上端卸荷的維修：將限位桿8固定，在一定壓力下壓導(dǎo)桿7使得導(dǎo)桿7與限位桿8分離至設(shè)計(jì)距離即可。

件12轉(zhuǎn)向螺母下端卸荷的維修：將轉(zhuǎn)向器豎直固定，用直徑小于六角頭螺栓10直徑的鋼棒插入轉(zhuǎn)向器殼體11中，在一定的壓力向下壓使得卸荷閥座B2與螺母堵塞6相切即可。

最后，將導(dǎo)桿7、限位桿8和六角頭螺栓10裝入轉(zhuǎn)向器殼體11，整個(gè)卸荷閥維修完成。

(2)內(nèi)泄漏風(fēng)險(xiǎn)低。從改進(jìn)結(jié)構(gòu)的卸荷閥密封部位可發(fā)現(xiàn)，卸荷閥座B2與φ6.35 mm鋼球3形狀完全相同，二者接觸屬于面與面接觸，密封效果很好，如圖4所示。

3 改進(jìn)卸荷閥的應(yīng)用

3.1 中間位置

轉(zhuǎn)向器處于中間位置時(shí)，液壓油通過閥體14上的進(jìn)油孔進(jìn)入轉(zhuǎn)向螺桿13，再經(jīng)過輸入軸16分流一部分經(jīng)過轉(zhuǎn)向螺桿13斜孔進(jìn)入A腔、B腔和D腔，另一部分經(jīng)過閥體14斜孔和轉(zhuǎn)向器殼體11深孔進(jìn)入C腔，還有一部分直接從輸入軸16孔流向閥體14回油孔出去。因?yàn)橹虚g位置轉(zhuǎn)閥處于常開狀態(tài)，A腔、B腔、C腔和D腔壓力完全相同，這樣就使得卸荷閥均打開，E腔和F腔被液壓油充滿，油壓與其他腔相同，轉(zhuǎn)向器屬于充油階段，如圖5所示。

3.2 左極限位置

當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)輸入軸16時(shí)，轉(zhuǎn)閥處于半開半閉狀態(tài)，液壓油通過閥體14上的進(jìn)油孔進(jìn)入轉(zhuǎn)向螺桿13，再經(jīng)過輸入軸16、閥體14斜孔和轉(zhuǎn)向器殼體11深孔進(jìn)入C腔，此時(shí)液壓油推動(dòng)轉(zhuǎn)向螺母12向左移動(dòng)，同時(shí)打開轉(zhuǎn)向螺母上、下端右邊的卸荷閥，液壓油進(jìn)入E、F腔中。原A腔、B腔和D腔的液壓油經(jīng)過轉(zhuǎn)向螺桿13斜孔流出。當(dāng)轉(zhuǎn)向螺母12移動(dòng)到一定位置時(shí)，頂針1與轉(zhuǎn)向螺桿13端面相碰，轉(zhuǎn)向螺母12下端左邊的卸荷閥打開，C腔和F腔的液壓油開始往A腔、B腔和D腔流，一起進(jìn)入回油系統(tǒng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向螺母下端卸荷的作用。為了使車輪能繼續(xù)轉(zhuǎn)到極限位置，轉(zhuǎn)向器卸荷后還需要保持一定的殘余壓力(3～5 MPa)，以幫助完成轉(zhuǎn)向動(dòng)作，如圖6所示。

3.3 右極限位置

當(dāng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)輸入軸16時(shí)，轉(zhuǎn)閥處于半開半閉狀態(tài)，液壓油通過閥體14上的進(jìn)油孔進(jìn)入轉(zhuǎn)向螺桿13，再經(jīng)過輸入軸16和轉(zhuǎn)向螺桿13斜孔進(jìn)入A腔、B腔和D腔，此時(shí)液壓油推動(dòng)轉(zhuǎn)向螺母12向右移動(dòng)，同時(shí)打開左邊轉(zhuǎn)向螺母上、下端左邊的卸荷閥，液壓油進(jìn)入E、F腔中。原C腔中的液壓油經(jīng)過轉(zhuǎn)向器殼體11深孔和閥體14斜孔流出。當(dāng)轉(zhuǎn)向螺母12移動(dòng)到一定位置時(shí)，頂針1與限位桿8相碰，轉(zhuǎn)向螺母12上端右邊的卸荷閥打開，A腔、B腔、D腔和E腔的液壓油開始往C腔流，一起進(jìn)入回油系統(tǒng)，這樣就實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向螺母上端卸荷的作用，如圖7所示。

4 效果驗(yàn)證

4.1 維修耗時(shí)

表1示出了改進(jìn)前后卸荷閥的維修耗時(shí)?？煽闯觯倪M(jìn)后的卸荷閥維修耗時(shí)比改進(jìn)前減少了35 min。

表1 卸荷閥維修耗時(shí)對(duì)比 min

4.2 產(chǎn)品質(zhì)量分析

4.2.1 生產(chǎn)不合格率

表2示出了改進(jìn)后卸荷閥2012年每月生產(chǎn)的不合格率。可看出，改進(jìn)后的卸荷閥生產(chǎn)不合格率比改進(jìn)前(按3‰計(jì)算)降低了1.8‰。

表2 卸荷閥生產(chǎn)不合格率 ‰

4.2.2 售后故障率

表3示出了改進(jìn)后缷荷閥的卸荷閥售后故障率。可看出，改進(jìn)后的卸荷閥售后故障率比改進(jìn)前(按6‰計(jì)算)降低了2.7‰。

表3 卸荷閥售后故障率 ‰

5 結(jié)束語

通過調(diào)整卸荷閥安裝位置，使得卸荷閥維修效率提高(減少了35 min)；通過將卸荷閥中的卸荷閥座和卸荷閥芯球面接觸由線接觸密封改為面接觸密封，使產(chǎn)品不合格率和售后故障率降低了4.5‰。

【1】 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

【2】 鄒慧君.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社,1999.

【3】 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

【4】 雷天覺主編.液壓工程手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1990.

【5】 楊春基.助力轉(zhuǎn)向器原理與維修[J].汽車維修，1996(3)：42-43.

【6】 代戰(zhàn)勝,牛曉敏.機(jī)械機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理念及方法探討[J].科技資訊，2012(21)：101.

【7】 王鋒，劉俊榮.循環(huán)球式動(dòng)力轉(zhuǎn)向器漏油及解決方案[J].潤滑與密封，2011，36(12)：107-110.

【8】 QC/T 529-2000 汽車動(dòng)力轉(zhuǎn)向器總成臺(tái)架試驗(yàn)方法[S].2000.

Improvement on Recirculating Ball Steering Gear Unloading Valve

WANG Qingtao,ZHOU Shunbo，YE Jinjun,LIU Jian
(Nanjing Donghua Auto Steering Gear Co.Ltd.,Nanjing Jiangsu 211106,China)

The technical defects of the existing unloading valve structure were analyzed,a new steering unloading valve structure was presented.By adjusting the unloading valve mounting location and designing the spherical sealing,the difficulties on unloading valve repair and the big internal leakage problems of steering were solved.The repair efficiency of steering unloading valve was improved,and the cost of waste and loss of sales was reduced.

Steering;Unloading valve;Spherical sealing

2013-11-26

王慶濤(1982—),男,工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)檠h(huán)球、齒式轉(zhuǎn)向器設(shè)計(jì)與開發(fā)。E-mail:whitebird_420@163.com。